LIGAN

Ligan  : Molekul spesifik yang dapat mengikat

reseptor dan menimbulkan efek biologis.

Ligan dapat berupa bukan protein atau protein :

1. hormon, growth factor, neurotransmitter, feromon

2. stimulus fisik: cahaya, panas, sentuhan

3. perubahan konsentrasi metabolit

Pada gambar di atas, stimulus dari luar sel berupa ligan,

kemudian terjadi ikatan antara ligan dengan reseptor di

membran sel. Terus ada suatu mekanisme penyampaian

pesan yang akan menyebabkan perubahan ekspresi gen.

Protein : Heteropolimer yang terdiri dari

asam amino terikat melalui ikatan peptide secara

kovalen terbentuk dari hasil informasi DNA.

Untuk menjalankan fungsinya protein akan mengikat

bahan lain seperti ion dan koenzim yang dikenal sebagai

ligan, jadi dibahas PROTEIN-LIGAN.

Fungsi protein ligan umumnya sebagai regulator

contohnya HEMOGLOBIN bukan sebagai katalisator tetapi

meregulasi oksigen.

Fungsi protein ligan itu sendiri :

 

1. Transpor  molekul  Hemoglobin    O2

Myoglobin 

2. Pergerakan Aktin-Miosin Ca2+

Tropomiosin-Troponin 

3. Imunitas Antibodi  Antigen 

4. Katalisis Reaksi Enzim Substrat 

5. Reseptor  Protein G Obat Morphine 

Konsepnya sama dengan pengikatan enzim-substrat

Prinsip ikatan protein-ligand

1. Ikatan protein-ligan itu reversibel

2. Ikatan protein-ligan spesifik (strukturnya

komplementer/couple)

3. Protein itu fleksibel: Bisa merubah konformasi/

kesesuaian (Induced-Fit oleh ligan)

Seperti enzim dengan induced-fit model

4.

Provokator: Propagasi/menstimulus perubahan

konformasi protein yang lain

5. Interaksi protein-ligan bisa diatur

• Protein yang mengikat ligan disebut sebagai

apoprotein.

• Kompleks interaksi antara protein dan ligan disebut

sebagai holoprotein.

• Setelah protein selesai di translasi, maka ada beberapa

protein yang akan mengalami modifikasi, hal tersebut

disebut sebagai modifikasi pascatranslasi.

• Modifikasi yang sering ditemukan adalah modifikasi

berupa fosforilasi ( proses masuknya fosfat trivalent ke

dalam molekul organik ) pada residu serin, treonin, dan

tirosin.

• Selain fosforilasi, proses modifikasi lainnya adalah

dengan cara penambahan gugus karbohidrat yang

dikenal sebagai glikosilasi pada residu serin, treonin,

dan asparagine.

• Interaksi protein‐ligan dapat dituliskan melalui

persamaan reaksi berikut:

P+L ⇄ PL -> efek biologis

P : Protein

L : Ligan

PL : Kompleks Protein-Ligan (Holoprotein)

Kompleks PL bersifat REVERSIBEL, jika tidak

dibutuhkan lagi maka akan lepas.

• Persamaan tersebut memiliki tetapan keseimbangan

tertentu, dan reaksi ini tunduk pada hukum kegiatan

massa.

• Hukum kegiatan massa

Dalam suatu sistem yang seimbang, tetapan

keseimbangan khas bagi tiap sistem dan nilainya adalah

hasil kali konsentrasi produk yang masing‐masing

dipangkatkan dengan koefisien, dibagi dengan hasil kali

konsentrasi reaktan yang masing‐masing dipangkatkan

dengan koefisien.

mA + nB ⇄ oC + pD

Produk : A + B

Koefisien Produk : m dan n

Reaktan : C + D

Koefisien Reaktan : o dan p

Keq =

• Sistem tersebut memiliki kejenuhan. Dimana laju reaksi

tidak akan meningkat meskipun substrat ditambahkan,

karena semua sisi aktif enzim telah mengikat substrat.

• Dengan persamaan berikut, P+L ⇄ PL, maka dapat

ditentukan:

1. Afinitas P&L

Afinitas : Kemampuan ligan mengikat reseptor.

Semakin besar, semakin mudah berikatan dengan

reseptor.

2. Bilangan pergantian (turnover number)

Ikatan Protein-Ligan

COOPERATIVE

Jadi setelah terbentuk kompleks protein-ligan akan

mengaktifkan protein lain kemudian mengaktifkan

protein yang lain lagi, seterusnya dan seterusnya.

NONCOOPERATIVE

Kompleks protein-ligan dengan kondisi yang sesuai

tetapi binding site tidak dapat berkomunikasi dengan

yang lain, TIDAK ADA REAKSI. Kenapa ?

kemungkinan terjadi mutasi ! atau terjadi ikatan

bukan protein-ligan tetapi dengan yang lain yang

memiliki gugus yang sama (analog), sehingga tidak

terjadi reaksi.

• Contoh interaksi protein‐ligan antara lain ialah:

a. Hemoglobin

• Hemoglobin dan mioglobin adalah protein yang

berfungsi untuk mengangkut oksigen di dalam

tubuh. Mioglobin mengikat oksigen di dalam sel otot

sehingga oksigen akan selalu tersedia untuk metabolisme

sel‐sel otot. Hem berfungsi

sebagai gugus prostetiknya.

Hem terdiri dari sebuah cincin porfirin hidrofobik yang

berikatan dengan besi kemudian berikatan dengan

kantong hidrofobik pada protein yang mengandung 2

residu histidin.

Hemoglobin mengandung 4 subunit, yaitu 2 subunit α

dan 2 subunit β.

Rantai α memiliki 141 residu asam amino.

Rantai β memiliki 146 residu asam amino.

Kerja hemoglobin tergantung pada tekanan O2.

Karakteristik Hb :

1. Ditemukan di dalam eritrosit sekitar 34% dari

berat

2. Struktur tetramer α2β2

3. Struktur subunitnya mirip myoglobin

4. Sensitive terhadap perubahan O2 karena struktur

kuartenernya.

5. Afinitas terhadap O2 lebih rendah dari myoglobin.

Substitusi pada rantai asam amino pada struktur

hemoglobin dapat berakibat serius, contohnya adalah

penyakit anemia sel sabit yang terjadi karena adanya

substitusi valin dengan glutamate.

Hb S (Sickel cell)

Positive site : resisten terhadap malaria.

Sickle cell anemia normal

Bentuk eritrosit yang cekung itu mempengaruhi terhadap

pengikatan O2 .

• Pada tekanan O2 yang tinggi

Menyebabkan terjadinya afinitas rendah sehingga

hemoglobin dan mioglobin akan mengalami kejenuhan.

Pada tekanan O2 yang rendah

Menyebabkan afinitas tinggi supaya mengikat O2 lebih

banyak. Mioglobin akan mengandung oksigen lebih

banyak daripada hemoglobin.

Oleh karena itu hemoglobin berfungsi sebagai

pengangkut oksigen yang efektif.

Why? Because myoglobin is insensitive to small

change in [O2] (pO2) when pO2 is larger than certain

value, myoglobin with its high affinity for O2 is good for

storage, but not good for transport.

Jadi myoglobin ..

1. Dia tidak sensitif terhadap perubahan O2

2. Jadi, saat tekanan parsial O2 lebih besar dari angka

standarnya, perubahan konsentrasi O2 yang sedikit

belum bisa membuat ikatan O2-myoglobin lepas.

3. Makanya, dia bagus untuk menyimpan O2 tapi tidak

bagus untuk transpor. Karena nantinya bisa

mengikat tapi tidak bisa melepas.

Hemoglobin (Hb) akan mengikat O2 di paru‐paru dimana

tekanannya tinggi dan akan melepasnya ke tempat yang

tekanannya rendah, yaitu di dalam sel dan jaringan tubuh.

• Perbedaan antara mioglobin dan Hb, terletak pada

struktur keduanya.

O2 berikatan dengan rantai polipeptida tunggal dari

mioglobin, sedangkan O2 dapat berikatan dengan

keempat subunit dari Hb.

Hb dapat berada dalam keadaan “tegang” (T) dan dalam

keadaan “rileks” (R). O2 akan mudah terikat pada Hb jika

dalam keadaan R.

T state tidak ada His HC3 yang berfungsi untuk mengikat

Hem. R state ada His HC3 ditengah untuk mengikat Hem.

Apabila oksigen dalam darah rendah, maka oksigen harus

meningkat cukup banyak agar Hb dapat mengikat oksigen

pertama. Namun,

apabila beberapa

oksigen telah terikat,

hanya diperlukan peningkatan sedikit tekanan oksigen

agar persen saturasi hemoglobin oleh oksigen meningkat.

Hasilnya adalah kurva saturasi oksigen yang berbentuk

sigmoid.

Adapun bahan yang mempengaruhi pengikatan

oksigen antara lain ialah 2,3-bifosfogliserat

berfungsi untuk menurunkan afinitas Hb terhadap

oksigen, sehingga oksigen akan mudah dilepaskan

kedalam jaringan tubuh.

• Jika Hb mengikat proton, maka proton juga akan

menurunkan afinitas Hb, sehingga menimbulkan

fenomena yang dikenal sebagai efek Bohr. Ketika darah

masuk ke dalam jaringan, maka pH darah akan

menurun dan konsentrasi proton akan meningkat

karena adanya peranan CO2.

b. Imunoglobulin

• Imunoglobulin berfungsi mengikat antigen asing

yang masuk ke dalam tubuh.

Imunoglobulin (Ig) terdiri atas 2 rantai, yaitu rantai

ringan dan rantai berat yang diikatkan oleh ikatan

disulfida.

• Ig yang paling banyak di dalam tubuh manusia

adalah IgG yang juga dikenal sebagai globulin ɣ yang

terdiri dari 220 asam amino pada rantai ringan dan 440

asam amino pada rantai berat.

c. Kolagen

• Merupakan protein fibrosa sebagai komponen utama

jaringan ikat dan merupakan protein yang jumlahnya

paling banyak di dalam tubuh mamalia. Kolagen

dapat dijumpai di tulang, tendon, kulit, pembuluh darah,

dan kornea mata. Kolagen mengandung sekitar 33%

glisin dan 21% prolin.

• Tropokolagen adalah protein yang mengalami

modifikasi pascatranslasi ekstensif dan merupakan

prekusor bagi kolagen.

d. Insulin

• Berfungsi untuk mengubah glukosa menjadi

glikogen. Terdiri dari 2 rantai polipeptida, yaitu rantai

A yang mengandung 21 asam amino dan rantai B yang

mengandung 30 asam amino yang keduanya disatukan

oleh 2 ikatan disulfida.

e. Heksokinasi

Berfungsi untuk fosforilasi glukosa dan membentuk

glukosa‐6‐ fosfat. Terdapat 2 konformasi molekul

berbeda, yaitu struktur terbuka dan struktur

tertutup. Ketika mengikat glukosa maka struktur enzim

berubah dari struktur terbuka menjadi struktur tertutup.

Turnover Protein

Konsep turnover protein membandingkan antara sintesis

protein dengan degradasi protein.

Sumber utama terjadinya degradasi protein adalah asam

amino, namun asam amino tersebut nantinya akan

digunakan untuk sintesis asam amino yang baru. Namun

tidak semua asam amino hasil degradasi akan

digunakan untuk sintesis asam amino kembali, ada

sebagaian asam amino yang akan dirombak dan

nitrogennya dikeluarkan dari dalam tubuh melalui urin.

Pada masa pertumbuhan, sintesis protein lebih sering

terjadi daripada degradasinya. Turnover protein

berhubungan dengan keseimbangan nitrogen.

Pada orang yang proses sintesis proteinnya lebih

banyak daripada proses degradasinya maka orang

tersebut memiliki keseimbangan nitrogen positif

sehingga ia dapat melakukan aktivitas fisik dengan baik.

Namun pada orang yang sintesis proteinnya lebih sedikit

daripada proses degradasinya, maka keseimbangan

nitrogennya adalah keseimbangan negatif dan aktivitas

fisiknya akan terganggu dan bila dibiarkan terus

menerus, massa otot‐otot rangkanya akan berkurang.

Kegunaan

1. Afinitas sangat penting untuk :

Mengetahui peran enzim dan proses metabolisme

Pemilihan obat

Mamahami keracunan dan pengobatannya

Marancang obat untuk inhibit kerja enzim dalam

rangkaian metabolisme / protein dalam jalur

transduksi sinyal.

2. Turnover number :

Memahami peran fisiologis suatu enzim / protein

Memahami proses amplifikasi sinyal dalam kaskade.